Di Chris Deziel – Aggiornato il 30 agosto 2022
La ruggine, la familiare corrosione rossastra del ferro, non è solo un fenomeno terrestre. È stato identificato su Marte, dove gli ossidi di ferro conferiscono al pianeta la sua caratteristica tonalità e suggeriscono un passato più umido e ricco di ossigeno.
La presenza di ruggine sulla superficie marziana suggerisce che un tempo l’acqua liquida esisteva in abbondanza e che l’atmosfera conteneva abbastanza ossigeno per favorire l’ossidazione del ferro. Comprendere la chimica sottostante aiuta gli scienziati a interpretare la geologia marziana e a valutare l'abitabilità del pianeta.
La ruggine si forma quando il ferro reagisce con l'ossigeno in presenza di acqua. La reazione complessiva può essere scritta come:
4Fe + 3O₂ + 6H₂O → 4Fe(OH)₃
Questa equazione equilibrata riassume il processo a più fasi che inizia con la dissoluzione del ferro solido e termina con la formazione di idrossido di ferro (III) idrato, che si disidrata nel familiare Fe₂O₃·H₂O.
Quando il ferro è esposto ad un ambiente acquoso, subisce l'ossidazione:
Fe(s) → Fe²⁺(aq) + 2e⁻
Gli elettroni liberati riducono l'ossigeno disciolto in presenza di ioni idrogeno per formare acqua:
4e⁻ + 4H⁺(aq) + O₂(aq) → 2H₂O(l)
Gli ioni idrossido prodotti nella prima fase si combinano con Fe²⁺ per produrre idrossido di ferro verde (II):
Fe²⁺(aq) + 2OH⁻(aq) → Fe(OH)₂(s)
Contemporaneamente, Fe²⁺ viene ulteriormente ossidato a Fe³⁺:
4Fe²⁺(aq) + 4H⁺(aq) + O₂(aq) → 4Fe³⁺(aq) + 2H₂O(l)
Infine, Fe³⁺ reagisce con l'idrossido per formare idrossido di ferro (III):
Fe³⁺(aq) + 3OH⁻(aq) → Fe(OH)₃(s)
Dopo la disidratazione, Fe(OH)₃ produce il minerale della ruggine Fe₂O₃·H₂O.
Per bilanciare la reazione complessiva, contare gli atomi su ciascun lato e regolare i coefficienti. Partendo dai reagenti Fe, O₂ e H₂O, e dal prodotto Fe(OH)₃, la forma bilanciata è:
4Fe + 3O₂ + 6H₂O → 4Fe(OH)₃
Questa equazione dimostra che per produrre quattro unità di idrossido di ferro (III) sono necessari quattro atomi di ferro, tre molecole di ossigeno e sei molecole di acqua.
La ruggine è un chiaro indicatore delle condizioni ambientali passate sulla Terra e, cosa interessante, su Marte. Comprendendo il suo percorso chimico equilibrato, chimici e scienziati planetari possono interpretare meglio la presenza di ossidi di ferro in contesti diversi.
